Применение магнитоупругих преобразователей

Магнитоупругие преобразователи применяются для изме­рения больших давлений (больше 10 Н/мм², или 100 кГ/см²), так как они непосредственно воспринимают давление и не нуждаются в дополнительных преобразователях. При исполь­зовании магнитоупругих преобразователей для измерения си­лы, предел измерения прибора определяется площадью маг­нитоупругого преобразователя. Данные преобразователи де­формируются под действием силы очень незначительно. Так при l = (50 мм – Dl)£ 10мкм имеют высокую жесткость и соб­ственную частоту до 20 – 50 кГц. Допустимые напряжения в материале магнитоупругого преобразователя не должны пре­вышать 40 Н/мм².

В качестве примера использования магнитоупругих преоб­разователей на рис.3.53 приведена конструкция датчика маг­нитоупругого торсиометра, применяемого для измерения кру­тящего момента на буровом инструменте. Магнитоупругим элементом является участок 1 рабочего вала, выполненного из ферромагнитного материала. Этот участок вала охвачен кольцевым статором 2. Статор имеет внутренние радиально расположенные выступы (полюсы) 3 из листовой трансформа­торной стали, на которые намотаны намагничивающие катуш­ки 4, питаемые переменным током.

Рис. 3.53. Устройство датчика маг­нитоупругого торсиометра.

1 – статор; 2 – рабочий вал; 3 – измерительные катушки; 4 – полюсы; 5 – сердечник; 6 – намагничивающие катушки

Катушки соединены после­довательно так, чтобы полюса чередовались. При отсутствия крутящего момента направление магнитного потока между полюсами перпендикулярно образующей вала (линия 2-2 на рис.2.54).

Рис. 3.54. Кар­тина поля между полюсами намагничивающих катушек

Измерительные катушки преобразователя 5 имеют сердечник 6 П-образной формы из трансформаторной стали. Их оси расположены вдоль образующей вала. Катушки со­единены последовательно. При отсутствии крутящего момента концы сердечника 2-2 расположены на одной и той же отно­сительной магнитной эквипотенциали 0,5 и, следовательно, разности магнитного потенциала между ними нет. При дейст­вии крутящего момента изменится магнитная проницаемость m материала вала, причем в направлениях, в которых вал испытывает деформацию сжатия, m будет уменьшаться, а в направлениях деформации растяжения – увеличиваться. Вследствие возникшей магнитной анизотропии изменится кар­тина поля между полюсами намагничивающих катушек, т.е. полюса 2-2 сердечника измерительной катушки уже не будут находиться на одной эквипотенциальной линии и через сердечник пойдет часть магнитного потока. При изменении знака момента картина поля изменится на обратную и на 180° изме­нится фаза потока, а, следовательно, и фаза выходного напряжения, индуктированного в катушке.

Магнитоупругий динамометр – прибор для измерения со­средоточенных сил (рис. 3.55).

Рис. 3.55. Измерительная цепь магнитоупругого динамометра

На рис. 3.55 представлена измерительная цепь магнитоупругого динамометра, где Z_X – сопротивление рабочего преобра­зователя, a Z_N – сопротивление

ненагруженного (нерабочего) преобразователя. При начальном значении Z_X (Z_X = Z_N) измерительная цепь уравновешена и ток в измерительной це­пи равен нулю. При Z_X ¹ Z_N через измеритель протекает ток. Шкала измерителя может быть проградуирована в единицах измеряемой силы.

Частота собственных колебаний преобразователя дости­гает нескольких десятков тысяч герц, что дает возможность при соответствующем выборе частоты источника питания из­мерять динамические силы до частот порядка 10 кГц.